Riconversione idroelettrica ruota - paratoia - EnergeticAmbiente.it

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Riconversione idroelettrica ruota - paratoia

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  • Riconversione idroelettrica ruota - paratoia

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ID: 1983685Buongiorno a tutti e davvero complimenti per il forum! Dopo aver letto con interesse diverse discussioni in tema mulini e riconversione idroelettrica, ora avrei bisogno del vostro aiuto! Introduco brevemente… Sto iniziando a valutare possibilità di recuperare una vecchia ruota installata su una roggia poniamo da 500 l/s medi annuali (per ora ho una stima che si basa su mie misurazioni ma tutta da verificare con l’ente di concessione). Il salto misura 152 cm e ipotizzando per ora rendimento totale 0,6 mi risultano 4,5 kW di potenza utile ai morsetti. La ruota ha un raggio di circa 210 cm, larghezza 138 cm ed è installata in una canalina da 145 cm circa. Questo per inquadrare il problema, se servono altre info e misure posso rimediare, ma ora vengo al dunque bombardandovi di dubbi (mi sto documentando ma resto profondamente ignorante su molti aspetti :

    - REGOLAZIONE PARATOIE: qui mi affligge rognosamente il problema, missà che devo ripassare un po’ di idraulica. Allego foto per meglio capire. Dunque c’è la paratoia 1 e la paratoia 2 (o meglio c’erano ma il vantaggio è che già c’è la struttura muraria predisposta). Posso pensare di tenere totalmente chiusa la paratoia 1, in modo da sfruttare tutta la portata disponibile per la ruota? O serve un minimo di scolo per detriti ecc? (A valle della ruota l’acqua torna immediatamente nella stessa roggia, non avrei problemi di DMV ecc). In generale, come ottimizzo l’apertura della paratoia 2? L’obiettivo è massimizzare la portata, o anche aumentare la velocità di efflusso in modo da avere una di fianco “celere”, maggiore velocità della ruota e quindi rendimenti leggerm migliori?

    - A proposito di efflusso da luce a battente ho trovato formule diverse e anche qui ho un dubbio….pessimo. In diverse dispense di idraulica trovo che: veffllusso = cq * radq (2*g*h), con h tirante idrico da pelo libero sino al fondo del canale (e non baricentro apertura) e con cq = radq (1/(1 + cc*a/h)), con a = apertura e cc coeff contraz. Un’altra formula che ho visto usare è: v eff = 0,98 * radq (2*g*(h-cc*a)).
    Ok, in ogni caso, nota sta velocità di efflusso, posso determinare la portata di efflusso. Immaginando di avere un unico canale, di cui già conosco la portata a monte della paratoia, ed un’unica paratoia, calcolo q efflusso dalla paratoia, in funzione del solo h di tirante idrico. Ma per alcuni valori di apertura, mi ritrovo che LA PORTATA DI EFFLUSSO È MAGGIORE DELLA PORTATA DI MONTE!!!! ?????????????? Sbaglio io i calcoli? Perché comunque q eff da ste formule dipende solo da h. O forse in realtà a monte di una paratoia si abbassa pelo libero e quindi anche h?

    - Ho letto il lavoro di Muller “Breastshot waterwheels”. Molto interessante ma mi ha dato spunto per altro dubbio. Nella sua trattazione, per ottimizzare dimensionamento ruota, ad un certo punto impone la velocità tangenziale ideale della ruota (secondo le indicazioni di Von Bach). Non spiega però il perché. Ma indipendentemente dal come ricava il valore ideale di v tang, concettualmente, questo vuol dire che in funzione di v tang ideale impongo una v efflusso ideale (tenendo conto che v tang = 0,55 * v eff circa) e quindi un’apertura ottimale della paratoia?

    - Passando alla catena di conversione energetica…E’ lecito considerare che in commercio esistano al massimo rapporti di moltiplicazione 1 : 30? Leggevo che esistono generatori a 20 poli per piccole potenze, che dunque girano a 150 rpm…sono macchine trovabili e abbordabili economicam?
    Chiedo scusa se ho esagerato con le richieste, ma sarei immensamente grato se aveste occasione di rispondere almeno in parte! Ciao!
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    Ultima modifica di flamiglia; 20-02-2015, 12:26.

  • #2
    Ciao Flamiglia
    Il tuo intervento è complesso, e per quanto mi riguarda, almeno per il momento, mi limiterò a rispondere ad una parte soltanto.
    Regolazione paratoie e flussi
    Anzitutto, dalle foto non è possibile comprendere se la paratia che era collocata nella corsia ruota, avrebbe dovuto sezionare, chiudere/aprire semplicemente il flusso alla ruota, oppure anche regolarlo.
    In linea di principio, la paratoia di by-pass/scarico funziona all'incontrario dell'altra e serve a regolare grossolanamente l'esubero di portata in assenza di una struttura di sfioro.
    Questo sistema è però decisamente grossolano. Si adotta, potendo, uno schema più complesso del quale ti allego una foto di esempio ed una descrizione.
    Una opera di presa, (centro foto in basso) munita di una soglia bassa, finalizzata ad evitare l'ingresso nella vasca di carico (sulla destra) di materiale grossolano trasportato nel canale, preleva l'acqua dal canale stesso ecc.
    Una paratoia (a sinistra) intercetta il canale (sinistra in basso) subito dopo la opera di presa, e serve a deviare il flusso che alimenta la ruota portando l'acqua nella vasca di carico.
    Con l'impianto in esercizio, può essere completamente chiusa se la portata è inferiore od uguale a quella nominale della ruota, oppure, variamente aperta se è di molto superiore.
    Il canale di adduzione e la vasca di carico, di lunghezza funzione della morfologia del sito, presentano nella parte prospicente la ruota tre strutture. Una è la soglia di sfioro (al centro più avanti) costruita in modo tale da
    rilasciare nel canale a valle della detta paratoia, le portate in esubero rispetto alla potenzialità max della ruota. L'altra è la saracinesca di fondo (vedi il volantino) collocata appena prima di un risalto sul fondo che precede la ruota.
    La sua funzione è quella di sfangare e svuotare la vasca di carico.
    L'ultima struttura è la saracinesca di macchina, che può avere la sola funzione di intercettazione, cioè di escludere il flusso alla ruota, oppure, anche di regolazione del livello/portata.

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    • #3
      Grazie mille Wilmorel, sempre disponibile! Effettivamente direi che la "mia" ruota è inserita in una sistema di semplice apri/chiudi. Il canale non presenta nessuna ulteriore opera più a monte, ovvero arriva direttamente in prossimità delle due paratoie e solo queste "regolano" il flusso. Metto foto presa circa dallo stesso punto della foto del mio primo post, ma volto dalla parte opposta, verso monte. Riflesso a parte si vede la roggia tal quale, senza altre derivazioni ecc (il cumulo di fango si è creato negli anni a causa della paratoia chiusa della ruota). Posso pensare di mantenere questo sistema "grossolano", magari aggiungendo una griglia?

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      • #4
        La presenza o meno della griglia dipende in massima parte dalla natura del canale di alimentazione e dall'acqua che ci scorre.
        Esperienze condotte su canali irrigui, anche dopo centinaia di metri o addirittura chilometri dalla presa sul torrente, suggeriscono di prevedere comunque una griglia, dimensionata almeno allo scopo di trattenere i materiali più grossolani.
        Lo schema che ti ho mostrato, consente regolazioni ottimali, ma non si può escludere che anche un perfezionamento del semplice sistema che ti ritrovi possa funzionare.
        Credo però che occorra automatizzare entrambe le saracinesche, della quale, quella di macchina dovrebbe comunque regolare il flusso fine alla ruota. Il tutto comandato da un sensore di livello e microcontrollore. Penso sia impossibile ottenere un funzionamento stabile utilizzando un generatore asincrono trifase direttamente collegato in rete.
        Vedrei piuttosto un generatore a magneti permanenti con interposto inverter omologato. Spero che alcuni dei "saggi elettrotecnici" che hanno maturato importanti esperienze in questo ambito ti diano un aiuto.
        Ritornando all'ambito idraulico, cercherei di capire se negli spazi che hai a disposizione (canale di carico) è almeno possibile ricavare uno sfioratore, destinando una parte del canale a questo scopo. Se ne avvantaggerebbe tantissimo la stabilità di funzionamento.

        Se vorrai attuare la trasformazione della ruota a fini idroelettrici, dovrai trovare una collocazione "museale" agli interessanti meccanismi che ci hai mostrato in foto.
        Ultima modifica di Wilmorel; 24-02-2015, 13:13. Motivo: grammaticale

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        • #5
          Ok sicuramente valuterò griglia e automatizzazione paratoie così come possibilità di ricavare uno sfioratore. Quanto a generatori la tua propensione per i magneti permanenti + inverter mi è stata confermata da un paio di altre persone, in quanto mi pare di capire che si possano trovare a giri bassi senza spendere cifre esorbitanti. Quello che vorrei è capire come ottimizzare e dimensionare moltiplicatore e generatore. Del tipo, se sto non troppo basso di giri del generatore (per spendere meno) poi esistono sistemi di moltiplicazione sufficienti? Confido nei "saggi elettrotecnici" Sicuramente penseremo ad una risistemazione di tipo "museale", visto il bellissimo sistema in foto!

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          • #6
            La questione della moltiplicazione dei giri da ruota a generatore è concretamente risolvibile. Esistono moderni moltiplicatori che consentono rapporti assai più elevati di quelli che hai citato in
            uno dei tuoi primi post, sia con configurazione classica, ad assi paralleli od ortogonali, sia epicicloidali.
            Un amico "saggio" suggerisce continuamente un 6 poli, nel caso si adotti un generatore asincrono trifase (possibile se la regolazione è affinata), piuttosto che un 4, con la assoluta esclusione del
            2 poli. Questo amico considera il 6 poli il miglior compromesso fra costo e robustezza della intera catena cinematica e di generazione. Quindi, concretamente un generatore con velocità nominale attorno a 1000 g/min.
            Per lo sfioratore, la dove gli spazi sono risicati e non è possibile inserire un manufatto fisso, esiste la possibilità di integrare la funzione nella saracinesca di intercettazione del canale. Allo scopo
            ti allego il link ad un eloquente filmato. Osserva la saracinesca con ventola a stramazzo.

            PS
            Per formarti una opinione in merito ai generatori a magneti permanenti, ti suggerisco uno scambio di opinioni anche con uno dei maggiori sperimentatori ed hobbisti del forum, Gino33. Prova ad inviargli un PM.

            https://www.youtube.com/watch?v=6AvpEujvuKA
            Ultima modifica di Wilmorel; 25-02-2015, 13:07.

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            • #7
              Perfetto grazie, credevo che il rapporto di moltiplicazione fosse molto più limitante e per questo pensavo di esser costretto ad usare macchine con n poli molto maggiore e conseguenti alti costi... Saracinesca + stramazzo all inclusive mi piace

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              • #8
                Originariamente inviato da Wilmorel Visualizza il messaggio
                .... una opinione in merito ai generatori a magneti permanenti, ti suggerisco uno scambio di opinioni anche con uno dei maggiori sperimentatori ed hobbisti del forum, Gino33. ....
                uno dei maggiori casinisti ... però non conosco la roba in commercio; sono abbastanza sicuro che con un paio di migliaia di euro di materiale si potrebbe autocostruire un assiale in grado di fornire 7-8 kW attorno ai 600 rpm e con un rendimernto vicino al 93% costante da 50 rpm in su, però mi pare che roba autocostruita non venga accettata. Francamente non capisco perchè, c'è già l'inverter che deve gestire correttamente i rapporti con la rete!

                E' proprio così o c'è una scappatoia?
                Magari fino ad un certa potenza sono di manica più larga?

                Se, puta caso, mi autocostruissi un pannello fotovoltaico (è possibile comperare le cellette sfuse) quindi senza marca, non potrei attaccarlo ad un inverter a norma collegato alla rete?
                Ultima modifica di gino33; 26-02-2015, 08:06.

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                • #9
                  Complimenti a Gino33 che riesci ad autocostruire...Approfitto per chiedere un'altra cosa: ho letto da diverse fonti che il rendimento meccanico di una ruota per esempio di fianco celere rimane pressochè costante per anche forti escursioni di portata. Immagino ci sia però un range di valori entro cui rimane costante...Sapreste indicarmelo in percentuale rispetto a portata "nominale". Se per esempio ho una media di 500 l/s alla ruota, quali portate minime e quali portate massime posso convogliare alla ruota per avere lo stesso rendimento, o quasi, che avrei nelle condizioni medie? Ciao

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                  • #10
                    Se leggi il post 37 ed alcuni seguenti della discussione di cui allego il link, trovi i dati dei rendimenti riferiti alle portate di un mulino attuale in produzione.
                    Si tratta della moderna ruota di fianco della quale ho allegato la foto ad un post precedente, realizzata con cura e con gli accorgimenti mirati ad ottimizzarne la efficienza, che, come puoi constatare è elevata.
                    http://www.energeticambiente.it/idro...-mulino-2.html

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                    • #11
                      Originariamente inviato da flamiglia Visualizza il messaggio
                      ... ho letto da diverse fonti che il rendimento meccanico di una ruota per esempio di fianco celere rimane pressochè costante per anche forti escursioni di portata ....
                      Willmorel ti ha dato le indicazioni giuste
                      Io ho testato solo ruote *per disopra* e direi che il rendimento all'albero della ruota (escluso moltiplica, alternatore, inverter ...) arriva almeno 75% (considerando come salto il diametro della ruota)

                      La variazione con la portata la puoi vedere in questo grafico (pubblicato dalla Ritz Atro, un fabbricante di coclee)
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                      ma io sarei più ottimista. ciao

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                      • #12
                        Con un po' di ritardo grazie mille Gino. Sono andato parecchio avanti, ora mi sto scontrando con problemi burocratici che trovo assurdi... ho postato discussione a parte in merito: http://www.energeticambiente.it/idro...elettrico.html

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